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2015 年度 実績報告書

中赤外プラズモン増強場を用いた新規非線形光学の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 26600113
研究機関東京大学

研究代表者

芦原 聡  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (10302621)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード量子エレクトロニクス / プラズモニクス / 強電磁場現象 / 超短パルスレーザー / 赤外分光
研究実績の概要

【概要】表面プラズモン励起に伴う電場増強効果を利用した中赤外フェムト秒パルスの増強場の生成、また、この増強場を生かした非線形現象を制御を目指した。その結果、増強場を利用した(1)金属界面における強電磁場現象の制御と(2)赤外非線形分光計測の超高感度化を達成した。
【詳細】電磁場の理論解析および透過スペクトル測定により、中赤外域に共鳴する金ナノロッドの高い電場増強特性(強度にしておよそ千倍)と高速応答性(電場振動3サイクルの中赤外パルス電場に追随する)をまず明らかにした。
(1)金ナノロッドに中赤外パルスを照射し、生成された増強場による光電界電子放出を達成した。これは、光電場による電子のトンネルイオン化であり、超高速に電流を制御するテクノロジーと捉えることができる。励起波長が金ナノロッドの共鳴に合うとき、顕著な電子放出が起こったことから、電子放出が確かに表面プラズモンの作る増強場によって駆動されていることを確認した。また、放出電子数の励起光強度依存性から局所的な電場増強度を非破壊に計測することができた。
(2)金ナノロッドの二次元アレイ上に測定対象となる分子性薄膜を塗布し、分子振動モードの非線形分光計測を行ったところ、信号強度が顕著に増大した。すなわち、ナノ空間での電場増強効果により、中赤外光と分子との相互作用が増大し、分光計測の超高感度化が実現された。
【意義】成果(1)では、超短パルス電子源・小型加速器・超高速エレクトロニクスにつながると期待される光電界放出を、弱い光照射で実現する道筋を示したという意義がある。また、局所的な電場増強度を非侵襲に計測する手法を呈示した点も学術的に重要である。成果(2)は、少数分子の立体構造とダイナミクスを超高感度に検出する可能性を提供するものであり、単分子膜や薄膜材料の構造解析、界面での反応解析に有用な分光手法につながると考えられる。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ゲッティンゲン大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ゲッティンゲン大学
  • [雑誌論文] 赤外プラズモニック増強場を用いた金属表面における電子放出の直接的操作2016

    • 著者名/発表者名
      芦原聡,草史野
    • 雑誌名

      OplusE

      巻: 438 ページ: 432-437

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photoelectron Emission from Resonant Gold Nanorod Driven by Femtosecond Mid-infrared Pulses2015

    • 著者名/発表者名
      F. Kusa, K. E. Echternkamp, G. Herink, C. Ropers, S. Ashihara
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 5 ページ: 077138

    • DOI

      10.1063/1.4927151

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Impact of Mode Filtering on the performance of Femtosecond Pulse Amplification in a Large Mode Area Fiber2015

    • 著者名/発表者名
      J. Hamazaki, H. Mogi, N. Sekine, S. Ashihara, A. Kasamatsu, and I. Hosako
    • 雑誌名

      IEICE Transactions

      巻: E98-C ページ: 928-933

    • DOI

      10.1587/transele.E98.C.928

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属ナノ構造による中赤外域の電場増強効果2015

    • 著者名/発表者名
      芦原聡,草史野
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 43 ページ: 309-313

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 中赤外超短パルス増強場による光電界電子放出2016

    • 著者名/発表者名
      芦原聡,草史野,竹上明伸
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 赤外共鳴ナノアンテナを利用した表面増強赤外非線形分光Ⅱ2016

    • 著者名/発表者名
      草史野,竹上明伸,森近一貴,田山純平,芦原聡
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] ナノロッドアレイによる赤外域での電場増強度と表面増強赤外吸収Ⅱ2016

    • 著者名/発表者名
      竹上明伸,草史野,芦原聡
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Yb添加ファイバーを使った超短パルス増幅におけるポンプパワー依存性2015

    • 著者名/発表者名
      浜崎淳一,茂木芳成,関根徳彦,芦原聡,笠松章史,寶迫巌
    • 学会等名
      レーザー学会第482回研究会「ファイバレーザー技術」
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
    • 年月日
      2015-11-27 – 2015-11-27
  • [学会発表] 属ナノ構造による中赤外域の電場増強と光電界電子放出2015

    • 著者名/発表者名
      芦原聡
    • 学会等名
      プラズモニック化学研究会主催 第8回シンポジウム
    • 発表場所
      首都大学(東京都)
    • 年月日
      2015-11-20 – 2015-11-20
    • 招待講演
  • [学会発表] 金ナノロッドアレイを利用した表面増強赤外非線形分光2015

    • 著者名/発表者名
      草史野,竹上明伸,田山純平,森近一貴,芦原聡
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会OPJ2015
    • 発表場所
      筑波大学文京キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-30
  • [学会発表] 表面増強赤外吸収分光に適した金ナノロッドアレイ構造の設計2015

    • 著者名/発表者名
      竹上明伸,草史野,芦原聡
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会OPJ2015
    • 発表場所
      筑波大学文京キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-30
  • [学会発表] 赤外超短パルス電磁場の共鳴増強と光電子放出の観測2015

    • 著者名/発表者名
      芦原聡
    • 学会等名
      「新しい光科学の創成とナノ情報デバイスへの展開III」研究会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-16
  • [学会発表] Mid-Infrared Plasmonics and the Applications to Nonlinear Optical Phenomena2015

    • 著者名/発表者名
      F. Kusa, A. Takegami, J. Tayama, S. Ashihara
    • 学会等名
      International Symposium on Optical Memory 2015
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山)
    • 年月日
      2015-10-04 – 2015-10-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 化学反応誘起を目指したニトロシル錯体NO伸縮振動の振動ラダークライミング2015

    • 著者名/発表者名
      田山純平,芦原聡
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] 赤外共鳴ナノアンテナを利用した表面増強赤外非線形分光2015

    • 著者名/発表者名
      草史野,竹上明伸,田山純平,芦原聡
    • 学会等名
      第76回応用物理学学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] Controlling Single and Multi-Mode Vibrational Excitation by Shaped Mid Infrared Pulses2015

    • 著者名/発表者名
      J. Tayama, N. Wakabayashi, S. Ashihara
    • 学会等名
      31st Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-05
    • 国際学会
  • [備考] 芦原研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ashihara.iis.u-tokyo.ac.jp/wordpress/

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公開日: 2017-01-06  

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